3.2. Конденсаторы
Конденсаторы — это теплообменные аппараты, предназначенные для охлаждения и конденсации пара хладагента, поступающего из компрессора. Эти процессы осуществляются путём отдачи теплоты окружающей среде (воде или воздуху).
На теплопередачу в конденсаторе влияют:
– характер движения и термодинамические свойства хладагента;
– наличие (количество) в конденсирующемся паре примеси воздуха и других неконденсирующихся газов;
– условия стока конденсата хладагента с трубок;
– степень загрязнения теплопередающей поверхности;
– скорость движения охлаждающей воды или воздуха.
Конденсаторы классифицируются по используемой охлаждающей среде:
– с водяным охлаждением
– с воздушным охлаждением
– с воздушно-водяным охлаждением.
Водяные конденсаторы по конструкции бывают:
– кожухотрубные (горизонтальные и вертикальные)
– кожухозмеевиковые
– элементные.
Воздушные конденсаторы бывают:
– с принудительным движением воздуха
– со свободным движением воздуха.
Конденсаторы с воздушно-водяным охлаждением бывают:
– оросительные
– испарительные.
В судовых холодильных установках наибольшее распространение получили горизонтальные кожухотрубные и кожухозмеевиковые конденсаторы, охлаждаемые забортной водой, и воздушные конденсаторы с принудительным движением воздуха.
Типичный современный горизонтальный кожухотрубный конденсатор показан на рис.4. Из рисунка видно, что пары холодильного агента подаются снаружи трубок, а охлаждающая вода движется внутри них. В конденсаторах, охлаждаемых забортной водой, предусматривается несколько ходов воды по длине (до шести). В данном случае использовано двухходовое движение воды. У конденсаторов, имеющих длину 3м и более, предусматривают двух сторонний (по длине) отвод жидкого хладагента, с тем, чтобы обеспечить бесперебойное поступление его в линейный ресивер (к ТРВ) при килевой качке судна. Поэтому конденсаторы всегда устанавливают параллельно диаметральной плоскости судна.
Представленный на рисунке кожухотрубный конденсатор состоит из цилиндрического стального корпуса (кожуха), к торцам которого приварены стальные трубные доски с медными вставками, защищающими трубные доски от коррозии со стороны забортной воды. В трубных досках закреплены (развальцованы) концы медных теплообменных трубок с внешне накатанными рёбрами. К трубным доскам через резиновые прокладки прикреплены крышки с перегородками, изменяющими направление движения забортной воды.
Рис.
4. Кожухотрубный конденсатор
а - общий вид; б - разрез по крышке, применяемой в конденсаторах морского исполнения; I - вход пара холодильного агента, II - выход жидкого холодильного агента, III - вход забортной воды, IV - выход забортной воды.
Вода делает несколько продольных ходов, поднимаясь снизу вверх. Для уменьшения коррозионного воздействия забортной воды на крышки устанавливаются цинковые протекторы (на рисунке не показаны). В одной из крышек сверху и снизу предусмотрены пробки, для выпуска воздуха из водяной полости и спуска воды, соответственно. Для уменьшения продольной вибрации трубок в средней части по длине конденсатора устанавливается промежуточная решётка.
Пары хладагента подаются сверху через патрубок в межтрубное пространство, конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора (сборник жидкости). Нижняя часть корпуса обычно свободна от трубок, поэтому сборник жидкости является ресиверной частью конденсатора. Отсюда (при отсутствии линейного ресивера) жидкий хладагент под действием разности давлений Δр = рк – ри подаётся через запорный вентиль (соленоидный клапан) к терморегулирующему дроссельному клапану (ТРВ). В верхней части корпуса устанавливают: предохранительный клапан, клапан для выпуска воздуха и угловой запорный вентиль, для присоединения уравнительной трубки или манометра.
Уравнительная линия необходима для соединения паровых пространств параллельно работающих конденсаторов и линейного ресивера (если он имеется). Сборник жидкости имеет снизу спускную пробку. Часто конденсаторы снабжают указателями уровня жидкого хладагента.
В парокомпрессорных холодильных машинах малой холодопроизводительности применяют кожухозмеевиковые конденсаторы, отличающиеся от рассмотренного кожухотрубного тем, что они имеют одну трубную доску, в которой закреплены (развальцованы) концы оребрённых трубок, изогнутых в виде петель. В таких трубках не возникают термические напряжения. Такая конструкция конденсатора позволяет легко вынимать охлаждающую поверхность конденсатора (змеевик) из корпуса для её наружной очистки и диагностики. В то же время внутренняя механическая очистка трубок-петель в этих конденсаторах затруднена.
В аммиачных конденсаторах используются стальные гладкие трубки диаметром до 38мм., а в хладоновых — медные или из медно-никелевых сплавов, диаметром до 22мм. Это позволяет повысить надёжность конденсатора при скорости забортной воды до 2...2,5м/с. Стальные трубки аммиачных конденсаторов не оребряются, так как углубления между ребрами быстро заполняются маслом, уносимым из компрессора, что не только не интенсифицирует теплопередачу, но и ухудшает условия теплопередачи (с наружной стороны трубок образуется теплоизолирующая масляная плёнка).
В холодильных установках, имеющихся в лаборатории, используются только воздушные конденсаторы с естественным и принудительным движением воздуха. Для интенсификации теплопередачи внешние поверхности трубок конденсаторов оребряются.